实验22：分光计调节与棱镜顶角测定

实验22 分光计调节与棱镜顶角的测定,实验目的,1.了解分光计的结构并学习其调节与使用的方法。2.学习用分光计测定棱镜的顶角。,实验内容,调节分光计（1）把望远镜目镜分划板上的叉丝调节清晰； （2）把望远镜调节到适合观察平行光； （3）把望远镜的光轴调节到与仪器的主轴垂直； （4）把平行光管调节到能够出射平行光； （5）把平行光管的光轴调节到与望远镜共轴； （6）把狭缝调节成竖直状态且宽度适中。2. 用反射法测量棱镜的顶角。,背景知识,分光计是一种常用的比较精密的光学仪器。其基本原理是，让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件形成光学现象成像在望远镜的焦平面上，通过目镜进行光学现象的观察并进行各种光线的偏转角度的测量，从而得到光学参量如折射率、波长、色散率、衍射角等。,分光计主要由自准直望远镜、平行光管、载物台和刻度盘组成，如图2所示。各部分的详细结构如图3所示。,分光计结构介绍,图2 分光计的基本构造图,图3 分光计结构图,图4 望远镜的结构示意图,（1）望远镜 望远镜由套筒、物镜和阿贝自准直目镜组成。其中阿贝自准直目镜由全反射棱镜、十字形小孔、光源、分划板组成。其结构如图4所示。,（2）平行光管 平行光管的作用是把普通光源发出的光转化为线状的平行光光源。其结构为：在镜筒的一端装有消色差透镜组；筒的另一端装一个可伸缩的套筒，套筒末端有一个狭缝装置，如图5所示。,图5 平行光管结构示意图,（3）载物台 载物台是用来放置待测样品的圆盘，它可以单独绕分光计中心轴转动或升降，其下方装有三个调平螺钉，如图6所示。,图6 载物台结构示意图,（4）角度刻度盘 刻度盘由刻度盘主尺和双游标盘组成。刻度盘主尺最小分度值为0.5度。双游标盘上的两个游标分别装在在黑色内盘边缘对径方向，游标分成30小格。游标盘一般固定不动。刻度盘主尺和望远镜联动，可绕仪器转轴转动如图7所示。,图7 刻度盘结构示意图,一、 调节分光计,1粗调 （1）目测粗调使望远镜光轴大致水平，并 粗调平行光管使其与望远镜大致共轴。 （2）调节载物台水平度调节螺丝使载物台 台面大致水平。,一、 调节分光计,2、调节望远镜（1）目镜调焦目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能很清楚地看到目镜中分划板上的刻线和叉丝。调焦办法：接通仪器电源，把目镜调焦手轮旋出，然后一边旋进一边从目镜中观察，直到分划板刻线成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目镜中刻线的清晰度将被破坏而未被破坏时为止（如图8）。,遮光窗,图8 目镜分划板,一、 调节分光计,2、调节望远镜（2）应用自准法对望远镜调焦，使其适合观察平行光 a、 接上电源，将分划板照亮。 b、将双面反射镜放在载物台上 （如图9）。 c、调节望远镜府仰角螺钉，寻 找经过平面镜反射回来的的 绿十字，并前后移动目镜装 置对望远镜调焦，使绿十字 叉丝成像清晰（如图10）。,图9 双面反射镜的放置,图10 双面反射镜反射回来的绿十字,一、 调节分光计,2、调节望远镜（3）应用各半调节法调节望远镜的光轴 与仪器的主轴垂直。 a、望远镜内出现清晰的绿十字叉丝像，而与 分划板上方的十字刻度线有一定的高度差 h（图11 a）。 b、调节载物台调平螺丝b或c，使高度差h减小一半（图11 b）。 c、再调节望远镜光轴仰角调节螺丝，使高度差 全部消除（图11c）。,图11 各半调节法示意图,一、 调节分光计,d、旋转载物台，使双面反射镜转过180， 重复各调一半法，使绿十字叉丝像如图 11(c)所示。e、重复上述步骤，使经双面反射镜两个面反 射的的绿十字叉丝像均如图11 (c)所示。,一、 调节分光计,3、调节平行光管,（1）调节平行光管，使其适合观察平行光,调节平行光管上的狭缝装置在平行光管轴线上的位置，直到狭缝的像最清晰，此时平行光管出射平行光，如图12 所示。,图12 平行光管出射平行光,一、 调节分光计,3、调节平行光管,（2）调节平行光管，使其与望远镜共轴,旋转狭缝90o，使其与目镜分划板水平刻线平行，调节平行光管水平调节螺钉，使狭缝与目镜视场中心的水平刻线重合，如图13 所示。,图13 平行光管与望远镜共轴示意图,一、 调节分光计,3、调节平行光管,（3）调节缝宽适中（0.5mm左右）,旋转狭缝90o，使其与目镜分划板竖直刻线平行，调节狭缝宽度调节手轮，使狭缝宽度适中，如图14所示。,图14 狭缝宽度调节示意图,二、 反射法测定棱镜的顶角,实验时用分光计，把平行光管出射的平行光透射到棱镜的两个光学面上通过望远镜分别对准两反射光束，测量出两方向对应的读数 和 ，那么根据（1）式顶角的计算公式为：,反射法测定棱镜的顶角的原为：把棱镜的顶角对准平行光管，使平行光管发出的平行光束分投射到棱镜的两个光学面上（如图1），按照光线的反射定律，经棱镜的两个光学面反射后，反射光分别向两边分开。顶角 与两反射光方向之间的夹角 的关系为：,实验原理及方法,（1）,（2）,图1 反射法测定三棱镜顶角原理图,二、 反射法测定棱镜的顶角,1、如图1所示，将三棱镜放在载物台上，让棱镜顶角对准平行光管，则平行光管射出的光束照在三棱镜的两反射面AB面和AC面上。2、根据光的反射定律，分析一下经两个反射面反射过来的反射光的大致方向；3、将望远镜转到两反射光的方向上观察经两反射面反射过来的狭缝的像，同时观察两个像的高度是否等高，如果不相等，必须调节载物台调平螺丝使之等高。,二、 反射法测定棱镜的顶角,4、将望远镜转到位置“1”，微调望远镜位置，使分划板竖直叉丝对准狭缝象，从角度刻度盘的左右游标上读出方向“1”的读数 。5、将望远镜转到位置“2”，微调望远镜位置，使分划板竖直叉丝对准狭缝象，从角度刻度盘的左右游标上读出方向“2”的读数 。,实验完成,当实验完成，所有实验相关原始数据（包括每一测量量的仪器示值误差）都已按要求记录在预习报告的三线表中后，可示意教师检验自己的实验数据。教师在检查、核对完该同学的仪器状态与数据无误并签字后，填写好仪器使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可离开实验室,思考题：,如何判断你观察到的光学现象为最清晰的现象？请从主轴与双面反射镜的关系来解释各半调节法调节望远镜光轴与仪器主轴垂直的依据。如果仪器已经调节好。在实验过程中，改变了载物台，是否应该再使用各半调节法重新调节望远镜光轴与仪器主轴垂直？,思考题：,4、在测量的数据中如何判断是否应该加上360o。5、在观察三棱镜两个反射面反射过来的狭缝的像时